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合成生物:打开生命“黑匣子”
2017-11-16

如果你的作业是要创造一个生命,你会怎么造?这就是合成生物学所研究的范畴。继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后,合成生物学正在引发第三次生物技术革命。

在中国科学院深圳先进技术研究院,有这样一群“另类”的合成生物学家,他们利用差异化优势追根溯源,打破学科研究的“天花板”,探寻生命创造的基本原理,目标直指“合成生命体”。

在今天下午举行的高交会院士论坛上,他们将与国内生命医学专家学者齐聚一堂,共同见证深圳市合成生物学协会的发起。

作为主要发起者之一,先进院合成生物中心主任刘陈立刚刚摘得国内生命医学领域重量级大奖——2017第二届中源协和生命医学奖创新突破大奖,以表彰他在利用合成生物学“建物致知”理念回答基础科学问题方面所做出的创新性贡献,刘陈立也成为该奖在广东省的唯一获奖者。



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刘陈立研究员获国内生命医学领域权威奖项——中源协和生命医学奖“创新突破奖”。

 

院士实验室落地先进院

 

合成生物被列为21世纪优先发展的六大颠覆性技术之一,蕴含着巨大的应用潜力。

以青蒿素为例,众所周知,青蒿素能够高效抗击疟疾,但由于植物提取占用耕地、提取过程繁琐,导致提取困难。美国工程院院士杰·基斯林(Jay D. Keasling)开创性设计构建了生产抗疟药物青蒿素的微生物,变革了中药提取青蒿素的传统手段。

“合成生物学可以解决很多全球性挑战,比如粮食生产、能源制造,以及人类所需的药材。”今年8月底,抱着对中药材生物改造浓厚的兴趣,基斯林走访了全国众多科研院所。当他来到先进院合成生物中心访问时,这支年轻团队的实力和朝气给他留下了深刻的印象,也让他对与中国合作探索中药材生物改造信心倍增。

随后,基斯林院士便与先进院迅速合作成立了杰·基斯林合成生物学实验室,实验室的知识产权将属于先进院。

基斯林表示,铁皮石斛、天山雪莲、人参、何首乌、茯苓、灵芝、珍珠、冬虫夏草、苁蓉等传统中药蕴藏的活性分子,具有成为创新药物的巨大潜力。但中药材植物的天然活性分子含量低,难以分离提取,且结构复杂,难以化学合成。合成生物实验室的成立,将突破以上困境,通过改造微生物或植物细胞,以生物合成手段生产植物药活性分子。

“采用工程化的设计理念,对生物体遗传物质进行设计、改造乃至全新合成,打破物种界限,创建人工生命体,是合成生物学研究的一个终极目标。”合成生物中心研究员、新晋国家杰青戴俊彪在接受深圳商报记者专访时表示。

在刘陈立看来,合成生物学有两个用途,一个是造来用,另一个是造来懂,而他们就是在研究“懂”的部分,“合成生物学的总体概念是在改造,但要飞跃式发展,要把基础搞清楚,知道背后的原理”。

既可以利用合成生物学技术改造传统医药,“造来用”;又努力深耕合成生命体的基础法则,“造来懂”;同时,还吸引了全球不同文化、不同背景的顶尖科学家和产业在此集聚,只有深圳这片海纳百川的沃土才对各种创新要素有如此巨大的吸引力。

先进院成立11年来,从全球范围内吸引了众多杰出学者,组建7个国家级创新载体,19个中科院/省级载体。如今,合成生物中心已全职引进哈佛大学、耶鲁大学等国际著名学府学成归国的科学家,形成了国内合成生物学优秀青年中坚力量逐步汇聚于此的态势,组成了一支多学科交叉的前沿创新队伍。

院士实验室之外,该中心还成立了3个企业联合实验室,团队成员在合成生命体设计原理、人工合成酵母染色体、人工改造细菌治疗肿瘤、人工改造噬菌体治疗超级耐药菌感染等前沿项目中领跑全国,并且部分达到国际先进水平。


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 美国工程院院士杰·基斯林(Jay D. Keasling合成生物学实验室签约暨揭牌仪式


“十八般武艺”交叉互补

 

先进院合成生物中心现有12个课题组长(PI),他们拥有同一个身份——合成生物学家,但“十八般兵器”却各不相同。

记者了解到,他们均来自不同研究领域——

刘陈立来自微生物学研究方向、戴俊彪是合成基因组学方向、马迎飞研究生物信息学、来自分析化学的黄术强专攻微流控芯片、化学生物背景的李楠从事蛋白质组学研究、傅雄飞是理论物理方向。这支队伍的平均年龄只有36岁。

李楠告诉深圳商报记者,他在欧洲分子生物学实验室做博士后时,对合成生物学知之甚少,“当时我在想,如果我去做合成生物学,我能干什么”。

“当我真正融入进来,我觉得真的很酷!合成生物学改造生物的理念是生物学研究的未来方向,参与其中,与有荣焉。”李楠利用自己的蛋白质组学方法参与到合成生物学的测试当中。

黄术强在美国杜克大学生物医药工程学院做完博士后,也决定加入合成生物中心。他说:“合成生物的魅力在于拥有交叉的背景,只有各学科交叉互补,才能更好、更深入地回答科学问题。”

中组部“青年千人计划”入选者傅雄飞表示:“我们以目的为导向,利用大家的

专长和不同的眼光对问题进行剖析。这就相当于集团军,海陆空各个兵种都有,围绕同一个问题尽力解决。”

“我们的实验室没有‘围墙’,在资源、文化上都鼓励多学科交叉的氛围,自然而然就会迸发出新的想法。”他说。

 

合成生物学重大基础设施:生命工程加速器

 

记者了解到,中国已开始探索合成生物学研究设施建设,并将其列入《国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012-2030年)》的总体部署。

这一点,深圳再次走到全国前列。

2017611日,先进院联合深圳市发改委,组织国内外专家召开了“人造生命研究重大科技基础设施”项目建议书评审会,专家对于该重大设施的建设必要性、建设内容、建设方案等给予了积极评价。

如今,深圳即将建设世界一流的合成生物重大科技基础设施,促进合成生物颠覆性技术的创新与工程化应用,服务于我国经济社会的可持续发展。先进院合成生物中心也将从中起到关键性作用。

这也是我国首个将软件控制、硬件设备和合成生物学应用进行整合的大型规模化合成生命体制造系统,将实现全流程的高度集成和流水线作业,对于执行国家重大研究计划与科研项目不可或缺。

在交叉中融合,在开放中创新。记者了解到,该设施建成后,将成为生物技术与信息技术有机融合、科技与产业有机融合的具有国际水准和引领作用的生命科学研发中心、生物产业创新中心,有望为我国建成世界科技强国做出突出贡献。

 


   

                                                                                     转自《深圳商报》2017年11月16日第五版报道